Les discopathies dégénératives affectent une grande part de la population et constituent un enjeu de santé publique majeur sans solution thérapeutique permettant de contrecarrer l’origine des symptômes. Environ 40 % des cas de lombalgies serait due à la dégénérescence du disque intervertébral (DIV) et notamment de son élément central, le noyau pulpeux (NP). Le NP en bonne santé est composé de cellules notochordales (NTC), progénitrice et régulatrices, et de nucléopulpocytes (NPCy), cellules cartilagineuses matures du disque, capables de synthétiser une matrice (MEC) hautement hydratée. Les NTC jouent un rôle prépondérant au cours de la formation du DIV mais elles sont aussi essentielles au maintien de l’intégrité et de la fonctionnalité du disque au cours de la vie adulte. Il a été démontré in vitro que les NTC exercent un effet rajeunissant sur les cellules dégénérées. La différenciation de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) en NTC a été identifiée comme une approche de thérapie cellulaire pouvant stimuler la régénération du NP. Il est essentiel de mieux comprendre la biologie des NTC et de développer un modèle cellulaire pour étudier plus avant la fonction régénérative attribué aux NTC au sein du NP.

Nous avons étudié l’effet la culture 3D (agrégation en micromasse ou encapsulation en hydrogels bioinspirés et biomimétiques) sur la maturation et la différenciation des NTC dérivées d’hiPSC. Ces constructions 3D ont été maintenues en culture dans un milieu de différenciation afin d’étudier leur maturation vers un phénotype de type cellules NPCy matures du disque, capables de synthétiser une MEC spécialisée. L’identité des cellules ainsi que leur prolifération, leur différenciation et la production de MEC ont été évaluées à différents temps par RTqPCR, dosage de glycosaminoglycanes (GAGs), immunohistochimie ou immunofluorescence.

Nos résultats démontrent que les modèles de culture 3D favorisent l’engagement des hiPSC vers les NTC en comparaison de la culture en 2D. L’encapsulation dans des hydrogels à base d’HA greffés avec des peptides dérivés de la laminine ou de la fibronectine (présentes in vivo dans l’environnement des NTC) favorisent la maturation des cellules avec l’observation de vacuoles cytoplasmiques caractéristiques. Par ailleurs, après 28jours de différenciation, l’agrégation des cellules en micromasses conduit à la différenciation d’un tissu de type nucléopulpogénique associant une partie cellulaire dense immuno-positive pour les marqueurs typiquement exprimés dans le NP (CA12, SOX9, CD166 et CK8) à une partie riche en matrice composée de protéoglycanes (notamment d’agrécane).

Nous développons un modèle inédit d’organoïde récapitulant la formation et la physiologie d’un tissu nucléopulpogénique généré à partir des cellules souches humaines. Ce modèle constituera un outil essentiel à l’étude in vitro des interactions entre les deux types cellulaires (NTC et NPCY) résidents du NP et à l’identification de facteurs clés jouant un rôle dans son intégrité.

La validation in vitro et la définition des modalités de différenciation des cellules souches sont essentielles avant le lancement d’une étude préclinique d’implantation dans le disque.